Ankstyvas šlapias ėsdinimas paskatino valymo ar pelenų procesų vystymąsi. Šiandien sausas ėsdinimas naudojant plazmą tapo pagrindiniuėsdinimo procesas. Plazma susideda iš elektronų, katijonų ir radikalų. Dėl plazmos energijos pašalinami atokiausi neutralios būsenos šaltinio dujų elektronai, taip paverčiant šiuos elektronus katijonais.
Be to, netobulus molekulių atomus galima pašalinti panaudojus energiją, kad susidarytų elektriškai neutralūs radikalai. Sausojo ėsdinimo metu naudojami katijonai ir radikalai, sudarantys plazmą, kur katijonai yra anizotropiniai (tinka ėsdinti tam tikra kryptimi), o radikalai – izotropiniai (tinka ėsdinti visomis kryptimis). Radikalų skaičius yra daug didesnis nei katijonų skaičius. Šiuo atveju sausas ėsdinimas turėtų būti izotropinis, kaip ir šlapias.
Tačiau būtent anizotropinis sauso ėsdinimo ėsdinimas leidžia sukurti itin miniatiūrines grandines. Kokia to priežastis? Be to, katijonų ir radikalų ėsdinimo greitis yra labai lėtas. Taigi, kaip galime pritaikyti plazminio ėsdinimo metodus masinei gamybai, susidūrę su šiuo trūkumu?
1. Krašto santykis (A/R)
1 pav. Kraštinių santykio samprata ir technologijų pažangos įtaka jam
Aspect Ratio yra horizontalaus pločio ir vertikalaus aukščio santykis (ty aukštis padalytas iš pločio). Kuo mažesnis grandinės kritinis matmuo (CD), tuo didesnė kraštinių santykio reikšmė. Tai yra, darant prielaidą, kad kraštinių santykio vertė yra 10, o plotis - 10 nm, ėsdinimo proceso metu išgręžtos skylės aukštis turėtų būti 100 nm. Todėl naujos kartos gaminiams, kuriems reikalingas ultraminiatiūrizavimas (2D) arba didelis tankis (3D), reikalingos itin didelės kraštinių santykio vertės, kad ėsdinimo metu katijonai galėtų prasiskverbti į apatinę plėvelę.
Norint pasiekti itin miniatiūrizavimo technologiją, kurios kritinis matmuo yra mažesnis nei 10 nm 2D gaminiuose, dinaminės laisvosios kreipties atminties (DRAM) kondensatoriaus kraštinių santykio vertė turėtų būti didesnė nei 100. Panašiai, 3D NAND atmintyje taip pat reikia didesnių formato koeficientų . sukrauti 256 ar daugiau ląstelių sudėjimo sluoksnių. Net jei tenkinamos kitiems procesams reikalingos sąlygos, reikiami produktai negali būti pagaminti, jeiėsdinimo procesasneatitinka standarto. Štai kodėl ėsdinimo technologija tampa vis svarbesnė.
2. Plazminio ėsdinimo apžvalga
2 pav. Plazmos šaltinio dujų nustatymas pagal plėvelės tipą
Kai naudojamas tuščiaviduris vamzdis, kuo siauresnis vamzdžio skersmuo, tuo lengviau į jį patenka skystis, o tai yra vadinamasis kapiliarinis reiškinys. Tačiau jei atviroje vietoje reikia išgręžti skylę (uždaras galas), skysčio patekimas tampa gana sunkus. Todėl, kadangi aštuntojo dešimtmečio viduryje kritinis grandinės dydis buvo 3–5 um, sausaofortaspamažu pakeitė šlapiąjį ofortą kaip pagrindinį. Tai yra, nors ir jonizuota, lengviau prasiskverbti į gilias skyles, nes vienos molekulės tūris yra mažesnis nei organinio polimero tirpalo molekulės.
Plazminio ėsdinimo metu, prieš įpurškiant atitinkamam sluoksniui tinkamas plazmos šaltinio dujas, ėsdinimui naudojamos apdorojimo kameros vidus turi būti sureguliuotas iki vakuumo. ėsdinant kieto oksido plėveles, reikia naudoti stipresnes anglies fluorido pagrindo dujas. Santykinai silpnoms silicio ar metalo plėvelėms reikia naudoti chloro pagrindo plazmines dujas.
Taigi, kaip turėtų būti išgraviruotas vartų sluoksnis ir apatinis silicio dioksido (SiO2) izoliacinis sluoksnis?
Pirma, vartų sluoksniui silicį reikia pašalinti naudojant chloro pagrindu pagamintą plazmą (silicis + chloras) su polisilicio ėsdinimo selektyvumu. Apatinio izoliacinio sluoksnio silicio dioksido plėvelė turi būti išgraviruota dviem etapais, naudojant anglies fluorido pagrindu pagamintas plazmos šaltinio dujas (silicio dioksidas + anglies tetrafluoridas), kurių ėsdinimo selektyvumas ir efektyvumas yra didesnis.
3. Reaktyvaus jonų ėsdinimo (RIE arba fizikinio ir cheminio ėsdinimo) procesas
3 pav. Reaktyvaus jonų ėsdinimo privalumai (anizotropija ir didelis ėsdinimo greitis)
Plazmoje yra ir izotropinių laisvųjų radikalų, ir anizotropinių katijonų, tad kaip ji atlieka anizotropinį ėsdinimą?
Plazminis sausas ėsdinimas daugiausia atliekamas reaktyviojo jonų ėsdinimo būdu (RIE, Reactive Ion Etching) arba šiuo metodu pagrįstomis programomis. RIE metodo esmė yra susilpninti surišimo jėgą tarp tikslinių molekulių plėvelėje, atakuojant ėsdinimo sritį anizotropiniais katijonais. Susilpnėjusią vietą sugeria laisvieji radikalai, kartu su dalelėmis, kurios sudaro sluoksnį, paverčiamos dujomis (lakiu junginiu) ir išsiskiria.
Nors laisvieji radikalai pasižymi izotropinėmis savybėmis, molekulės, sudarančios apatinį paviršių (kurių surišimo jėgą susilpnina katijonų ataka), laisvieji radikalai lengviau sulaiko ir paverčia naujais junginiais nei šoninės sienelės, turinčios stiprią surišimo jėgą. Todėl ofortas žemyn tampa pagrindiniu. Sugautos dalelės virsta dujomis su laisvaisiais radikalais, kurie, veikiant vakuumui, desorbuojami ir išsiskiria iš paviršiaus.
Šiuo metu fizinio veikimo būdu gauti katijonai ir cheminiu būdu gauti laisvieji radikalai sujungiami fiziniam ir cheminiam ėsdinimui, o ėsdinimo greitis (Etch Rate, ėsdinimo laipsnis per tam tikrą laikotarpį) padidinamas 10 kartų. lyginant su vien katijoniniu ėsdinimu arba laisvųjų radikalų ėsdinimu. Šis metodas gali ne tik padidinti anizotropinio ėsdinimo žemyn ėsdinimo greitį, bet ir išspręsti polimero likučių problemą po ėsdinimo. Šis metodas vadinamas reaktyviuoju jonų ėsdinimu (RIE). Raktas į RIE ėsdinimo sėkmę yra rasti plazmos šaltinio dujas, tinkamas plėvelei ėsdinti. Pastaba: Plazminis ėsdinimas yra RIE ėsdinimas, ir abu jie gali būti laikomi ta pačia koncepcija.
4. Išgraužimo greitis ir pagrindinio našumo indeksas
4 pav. Pagrindinis ėsdinimo efektyvumo indeksas, susijęs su ėsdinimo greičiu
Išgraviravimo greitis reiškia plėvelės gylį, kurį tikimasi pasiekti per vieną minutę. Taigi, ką reiškia, kad ėsdinimo greitis skiriasi nuo vienos plokštelės dalies?
Tai reiškia, kad ėsdinimo gylis įvairiose plokštelės dalyse skiriasi. Dėl šios priežasties labai svarbu nustatyti galutinį tašką (EOP), kuriame ėsdinimas turėtų sustoti, atsižvelgiant į vidutinį ėsdinimo greitį ir ėsdinimo gylį. Net jei EOP nustatytas, vis tiek yra kai kurių sričių, kuriose ėsdinimo gylis yra gilesnis (per daug išgraviruotas) arba seklesnis (neišgraviruotas), nei planuota iš pradžių. Tačiau ėsdinimo metu nepakankamas ėsdinimas sukelia daugiau žalos nei per didelis ėsdinimas. Nes nepakankamo išgraviravimo atveju nepakankamai išgraviruota dalis trukdys tolesniems procesams, tokiems kaip jonų implantacija.
Tuo tarpu selektyvumas (matuojamas ėsdinimo greičiu) yra pagrindinis ėsdinimo proceso efektyvumo rodiklis. Matavimo standartas pagrįstas kaukės sluoksnio (fotorezisto plėvelės, oksido plėvelės, silicio nitrido plėvelės ir kt.) ir tikslinio sluoksnio ėsdinimo greičio palyginimu. Tai reiškia, kad kuo didesnis selektyvumas, tuo greičiau išgraviruojamas tikslinis sluoksnis. Kuo aukštesnis miniatiūrizacijos lygis, tuo didesnis selektyvumo reikalavimas, kad būtų galima puikiai pateikti smulkius raštus. Kadangi ėsdinimo kryptis yra tiesi, katijoninio ėsdinimo selektyvumas yra mažas, o radikalaus ėsdinimo selektyvumas yra didelis, o tai pagerina RIE selektyvumą.
5. Oforto procesas
5 pav. Odinimo procesas
Pirmiausia plokštelė dedama į oksidacijos krosnį, kurios temperatūra palaikoma nuo 800 iki 1000 ℃, o po to ant plokštelės paviršiaus sausu būdu suformuojama silicio dioksido (SiO2) plėvelė, pasižyminti aukštomis izoliacinėmis savybėmis. Tada įvedamas nusodinimo procesas, kad susidarytų silicio sluoksnis arba laidus sluoksnis ant oksido plėvelės cheminiu garų nusodinimu (CVD) / fiziniu garų nusodinimu (PVD). Jei susidaro silicio sluoksnis, prireikus galima atlikti priemaišų difuzijos procesą, siekiant padidinti laidumą. Priemaišų difuzijos proceso metu dažnai pakartotinai pridedamos kelios priemaišos.
Šiuo metu izoliacinis sluoksnis ir polisilicio sluoksnis turi būti sujungti ėsdinimui. Pirma, naudojamas fotorezistas. Vėliau ant fotorezisto plėvelės uždedama kaukė ir šlapia ekspozicija atliekama panardinant, kad ant fotorezisto plėvelės būtų įspaustas norimas raštas (nematomas plika akimi). Kai išryškėja rašto kontūrai, fotorezistas šviesai jautrioje srityje pašalinamas. Tada fotolitografijos būdu apdorota plokštelė perkeliama į ėsdinimo procesą sausam ėsdinimui.
Sausasis ėsdinimas daugiausia atliekamas reaktyviojo jonų ėsdinimo (RIE) būdu, kai ėsdinimas kartojamas daugiausia pakeičiant kiekvienai plėvelei tinkamas šaltinio dujas. Tiek sausuoju, tiek šlapiuoju ėsdinimu siekiama padidinti ėsdinimo kraštinių santykį (A/R vertę). Be to, reikia reguliariai valyti, kad būtų pašalintas skylės apačioje susikaupęs polimeras (graviruojant susidaręs tarpas). Svarbu tai, kad visi kintamieji (pvz., medžiagos, šaltinio dujos, laikas, forma ir seka) turi būti organiškai sureguliuoti, siekiant užtikrinti, kad valymo tirpalas arba plazmos šaltinio dujos galėtų tekėti į tranšėjos dugną. Nežymiai pakeitus kintamąjį, reikia perskaičiuoti kitus kintamuosius, ir šis perskaičiavimo procesas kartojamas tol, kol jis atitinka kiekvieno etapo tikslą. Pastaruoju metu monoatominiai sluoksniai, tokie kaip atominio sluoksnio nusodinimo (ALD) sluoksniai, tapo plonesni ir kietesni. Todėl ėsdinimo technologija pereina prie žemos temperatūros ir slėgio naudojimo. ėsdinimo procesu siekiama kontroliuoti kritinį matmenį (CD), kad susidarytų smulkūs raštai ir būtų išvengta ėsdinimo proceso sukeltų problemų, ypač nepakankamo ėsdinimo ir problemų, susijusių su likučių pašalinimu. Aukščiau pateiktais dviem straipsniais apie ofortą siekiama suteikti skaitytojams supratimą apie ėsdinimo proceso tikslą, kliūtis, trukdančias pasiekti aukščiau išvardintus tikslus, ir efektyvumo rodiklius, naudojamus tokioms kliūtims įveikti.
Paskelbimo laikas: 2024-09-10